技術前沿

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粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝開發成功

煤氣化是煤炭高效、清潔利用和轉化的核心技術,是發展煤基化學品、IGCC發電、制氫等過程工業的基礎,對于利用我國豐富的煤炭資源,滿足國民經濟與社會可持續發展具有重要意義。煤氣化方法不同,制取的原料氣中的CO含量不同,變換反應的控制及耐硫變換工藝也不相同,直接影響著生產裝置的能源轉化效率。因此在選擇變換工藝技術方案時,既要根據煤氣化工藝的特點,還要兼顧能量利用的合理性。

開展先進的耐硫變換新技術的研究與應用,是根據我國資源特點,促進行業可持續發展的一個重要戰略決策。為了更好地解決粉煤航天爐HT-L氣化、西門子GSP氣化等粉煤氣化中出現的“雙高”(即高濃度CO和高水氣比含量)原料氣變換反應推動力大、易發生甲烷化副反應、催化劑床層易超溫等難題,青島聯信催化材料有限公司與河南晉開化工投資控股集團有限公司、安徽臨泉化工股份有限公司近期成功開發了粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝。

現已投入運行10余套粉煤氣化制氨、制甲醇等裝置,在其運行周期和工藝指標均達到國際先進水平的低水氣耐硫變換工藝技術基礎上,該工藝通過對活性穩定性助劑、堿金屬助劑加入方式和抗水合等性能的研究,開發了適應于在“雙高”原料氣工藝條件下使用的QDB系列催化劑,提高了催化劑的低溫活性、活性穩定性和抗水合性能。通過模擬“雙高”原料氣的工藝條件,測定了不同溫度和組成的變換反應速率,修正并確定了動力學方程的活性系數,建立了能精確計算出催化劑裝量的動力學方程式。同時針對“雙高”原料氣的變換反應深度不同,開發出前置廢鍋+兩段耐硫變換工藝及分層進氣控溫的專利反應器技術,可以靈活調節和控制變換爐熱點溫度,將床層熱點溫度控制在要求的范圍內,實現了該工藝從技術開發、工業示范到推廣應用的完整歷程。

2014年3月1日,粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝在河南開封通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。與會專家聽取了技術完成單位的工作報告、研究報告、查新報告以及應用報告等,并對工業應用裝置進行了考察,一致認為,該工藝的開發成功,解決了“雙高”原料氣變換裝置蒸汽消耗高、變換爐超溫和裝置不能長周期運行的難題,穩定了變換操作,降低了蒸汽消耗,使變換操作更為靈活,節能效果顯著,保證了裝置的長周期穩定運行,取得了良好的經濟效益,實現了耐硫變換工藝的又一次創新和突破,為采用粉煤氣化制合成氣開辟了一條運行平穩、節能、環保效果顯著的新工藝途徑,整體技術處于國際領先水平,具有良好的工業推廣應用前景。

目前,該工藝技術已取得專利5項,其中發明專利3項,并開發了專有技術工藝包,在河南晉開化工投資控股集團有限公司、安徽晉煤中能化工股份有限公司等7套粉煤氣化制合成氨、制甲醇等裝置中已成功投入運行,對生產起到了非常積極的作用。河南中新化工有限責任公司采用該技術,在變換負荷低至25%-30%的苛刻操作條件下,仍能將床層的熱點溫度控制在450℃以下,成功解決了高濃度CO、高水氣比原料氣在低負荷開車時易發生的變換反應器超溫難題。

工業應用實踐表明,該工藝第一變換爐最高熱點溫度不超過450℃,操作條件靈活可控、變換裝置運行平穩、工藝指標先進、催化劑使用壽命長,蒸汽用量大幅度降低并節省設備投資,取得了顯著的經濟效益和社會效益。該工藝的成功應用為采用粉煤氣化制合成氣的合成氨、甲醇等裝置開辟了一條生產運行平穩、節能環保效果顯著的耐硫變換新工藝途徑。

(汪家銘)